Плавкий предохранитель – это классика электротехники в сфере защиты сетей от перегрузок и кз. Хотя в наше время его с успехом заменяют защитные автоматы, есть огромное множество примеров, где плавкая вставка является незаменимым предохранительным звеном в электрической цепи: электронная аппаратура, автомобильная электросеть, промышленные электроустановки, системы энергоснабжения.
Его карьера в защитной цепи промышленности началась в Занимал различные роли в инженерных приложениях и управлении продажами. С. в корабельной архитектуры выпущен в Военно-морской академии США и служил семь лет в качестве офицера подводного ядерного флота ВМФ. Бхарат женат с двумя детьми и живет в Сан-Хосе, штат Калифорния.
Как и замена штепсельной вилки, важно знать, как выбрать правильный предохранитель, чтобы избежать дальнейших скачков напряжения или электрических сбоев. Предохранители - это небольшие компоненты, размещенные в электрических цепях, между источником питания и конечным пользователем, например лампой. Предохранители состоят из стеклянной, пластиковой или керамической структуры, которая содержит внутри нее металлическую нить. Предохранители используются для защиты электрического устройства от перегрузки или коротких замыканий: при прохождении определенной силы тока металлическая проволока внутри плавкого предохранителя смешивается до тех пор, пока она не разрывается на две части, прерывая текущий проход к устройству, которое больше не работает.
предохранители пробкового типа
Пробковые предохранители до сих пор работают во множестве распределительных щитов жилого фонда на пост советском пространстве. Благодаря своей миниатюрности, безотказности, дешевизне, возможности быстрой замены, неизменности характеристик в процессе работы, плавкие предохранители не утратили актуальности, и предлагаемая статья будет полезной, чтобы осуществить выбор предохранителей, которым свойственны такие основные параметры:
Когда прибор больше не работает, убедитесь, что предохранитель на самом деле не сгорел, и если это произойдет, вы должны заменить его, однако, выбрав лучший предохранитель. Запасные части, например, обычно продаются с предохранителем на 13 ампер, но слишком высокое значение для обычных. Чтобы понять, какой плавкий предохранитель вы покупаете, может быть полезно рассчитать текущую интенсивность, измеренную в амперах, используя треугольник электричества, получаемый по соотношению между мощностью и напряжением.
Применяя эту формулу, вы сможете увидеть, подходит ли предохранитель или нет: у многих приборов есть этикетка с наивысшей степенью мощности, что позволяет легко вычислить значение амплитуды. Наконец, имейте в виду, что некоторые электроприборы имеют предохранители с более высокой стоимостью, чем их мощность, и это зависит от того, что они содержат двигатель, такой как пылесосы. Поэтому вы не должны внимательно читать инструкции этого оборудования выбрать наиболее подходящий предохранитель.
- Un – номинальное рабочее напряжение;
- Iвс – номинальный ток плавкой вставки, при превышении которого она перегорает;
- Iп – номинальный ток предохранителя.
Терминология
В электротехнике предохранителем называют устройство защиты от перегрузок по току, имеющее одноразовый компонент, называемый плавкой вставкой, размыкающей электрическую цепь при достижении обусловленных параметров, за счёт расплавления проводника.
Выбор наиболее подходящего предохранителя для приложения является потенциально сложной задачей для большинства разработчиков схем. Анализ различных технических данных разных производителей для определения выбора предохранителей, соответствующих требованиям приложения, может оказаться «операцией» Первыми предохранителями были простые открытые устройства, а вслед за ними Эдисон, в конце девятнадцатого века, тонкий проводной корпус в одном Ламповый фитинг, чтобы сформировать первый плавкий предохранитель.
Появились возобновляемые плавкие предохранители и моторные предохранители. В 1920-х годах производители начали изготавливать маломощные силовые предохранители для развивающейся электронной промышленности. Их функция заключается в обеспечении защиты дискретных компонентов или целых цепей путем надежного плавления при текущей перегрузке.
Другими словами, электрический предохранитель являет собой многоразовый держатель, в который вставляется одноразовая вставка, плавящаяся при превышении Iвс. В быту эти два термина принято считать идентичными, но в технических описаниях Iп равняется максимально возможному Iвс, так как определённые типы предохранителей предусматривает использование вставных элементов с различнымIвс.
Факторы выбора При выборе предохранителя вы должны учитывать 11 определяющих факторов. Нормальный рабочий ток. Напряжение приложения - номинальное напряжение предохранителя должно быть больше или равно имеющемуся напряжению цепи. Температура окружающей среды. Чем выше температура в помещении, тем выше рабочая температура плавкого предохранителя и тем ниже ее продолжительность. Напротив, работа предохранителя при более низкой температуре продлевает срок службы предохранителя. Предохранитель также нагревается, когда нормальный рабочий ток достигает или превышает номинальную номинальность выбранного предохранителя.
Например, в предохранитель НПН2-60 можно вставлять плавкие вставки с Iвс от 6 до 60А, соответственно его Iп равняется 60А.
предохранители серии НПН разных токов
Принцип работы
Конструктивно одноразовый элемент исполняется в виде проводника малого сечения, заключённого в защитную стеклянную, фарфоровую или пластмассовую оболочку. При значениях, близких к Iвс, происходит тепловыделение, недостаточное для того, чтобы разогреть проводник до температуры плавления из-за рассеивания тепла. При превышении Iвс, происходит расплавление токопроводящего материала и электрическая цепь обрывается.
Токовые условия перегрузки - интенсивность тока, для которой требуется защита. Условия неисправности могут быть указаны в терминах тока или с точки зрения текущего и максимального времени, в течение которого отказ может быть получен до повреждения. Максимальный ток повреждения - номинальный ток отключения плавкого предохранителя должен быть равен или больше максимального тока короткого замыкания цепи.
Импульсы - условия электрических импульсов могут значительно варьироваться от одного приложения к другому. Предохранители с различными структурами могут по-разному реагировать на заданное условие импульса. Электрические импульсы производят термические циклы и, возможно, механическую усталость, которые могут повлиять на срок службы предохранителя. Первоначальные или пусковые импульсы являются нормальными для определенных применений и требуют использования тепловых предохранителей, позволяющих им выживать при нормальных пусковых импульсах и в любом случае защищать их от расширенных перегрузок.
Существует большая разновидность данных компонентов – от тонких проволок, используемых для защиты электронных приборов, до массивных пластин, предназначенных для работы в цепях с током, превышающим тысячи ампер.
Срабатывание плавкого предохранителя происходит в несколько этапов: разогрев, расплавление и испарение металла, электрическая дуга, гашение дуги. Последний этап означает полное отключение, и чтобы дуга погасла, номинальное напряжение предохранителя не должно быть меньше напряжения сети.
Пределы в физических габаритах. В техническом паспорте. Необходимые разрешения агентства. В частности, необходимо учитывать военные требования. Особенности и переоценка держателя предохранителей. Перед оценкой образцов убедитесь, что предохранитель правильно смонтирован с хорошими электрическими соединениями, используя правильно проложенные провода или дорожки. Тесты должны включать испытания на прочность при нормальных условиях и испытания на перегрузку в условиях отказа, чтобы обеспечить правильное функционирование предохранителя в цепи.
Условия эксплуатации
Температура нагрева плавкой вставки не должна превышать допустимых значений во время длительной эксплуатации предохранителя. Поэтому, Iвс и Iп должны выбираться величиной равной или на одно значение большей номинального тока нагрузки защищаемой сети. Но также следует учитывать, что цепь не должна разрываться при пусковых стартовых перегрузках подключаемых электроприборов.
Плавкие предохранители - это защитные устройства с обратной функцией времени. Другими словами, время срабатывания плавкого предохранителя уменьшается, если превышение тока, которое развивается в неисправной схеме, увеличивается. Говоря о сверхтоках, необходимо различать их по двум категориям: короткое замыкание и перегрузка. Первое происходит, когда два активных элемента цепи свободно контактируют друг с другом, то есть с обратным соединением, которое имеет очень низкое сопротивление. Перегрузка - это когда пользователь, часто движок, призван выполнять необычную работу, для которой ему требуется больше энергии, чем это действительно невозможно преобразовать.
Например, для старта асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором требуется ток, превышающий семикратное значение номинального, который падает по мере разгона ротора до рабочих оборотов. Время запуска зависит от характеристик каждого конкретного электроприбора.
Время токовая характеристика
Применение предохранителей в цепях с кратковременными перегрузками возможно благодаря тому, что при превышении IBC отключение происходит не сразу, а спустя некоторое время, необходимое на нагрев расплавляемого провода. Период срабатывания зависит от температуры окружающей среды и предназначения предохранителя, который можно узнать по графикам время токовой зависимости. За короткое время перегрузки материал плавящегося элемента не успевает перегреться до момента возврата нагрузки в нормальное значение.
В этом случае пользователь поглощает больше энергии, чем один его внутренние компоненты могут выдержать и, как правило, через некоторое время он терпит неудачу. Он предназначен для перегрузки тока выше номинала в несколько процентных пунктов. Например: если в цепи с номиналом 10 А, измеренной в состоянии неисправности 150 А, это, безусловно, короткое замыкание.
В случае автомобильных систем ток тока короткого замыкания эквивалентен току, протекающему при подключении отрицательного и положительного полюсов батареи, что приводит к утечке кабелей и переходов. Ток короткого замыкания, создаваемый батареей, увеличивается по мере уменьшения внутреннего сопротивления батареи. Внутреннее сопротивление батареи, как правило, намного ниже, и чем выше его емкость. В любом случае, это зависит от конструктивных особенностей элементов аккумулятора.
Время токовая характеристика для предохранителей серии ППН, где в зависимости от величины тока указано время их перегорания
Время токовые характеристики предохранителей
Различное время отключения
Разветвление графиков означает работу в горячих (влево) и холодных (вправо) средах. Для ППН с Iвс=25А, при I=100А отключение произойдёт за одну секунду (красные линии). При I=50А понадобится приблизительно 40с. на срабатывание (зелёный цвет на графике).
Анализируя любую терминальную цепь автомобильной системы и возвращающуюся к источнику питания или батарее, мы столкнемся с рядом элементов. Например, можно начать с держателя лампы проектора, за которым следует несколько метров небольшого кабеля после того, как мы столкнулись с сервисным разъемом, затем снова электрический кабель, после разъема реле, самого реле, кабеля снова, затем предохранителя низкого калибра, все еще пустоты, но более высокого сечения, предохранителя высокого калибра и мы, вероятно, наконец доберемся до батареи с помощью кабеля большого сечения.
При I=30А (синие отрезки) предохранитель будет держать нагрузку около получаса (2000с/60м) при высоких температурах. Из графика видно, что в холодных условиях при I=30А он фактически не перегорит никогда. Поэтому, выбор плавких предохранителей стоит осуществлять, сверяясь с его времятоковой характеристикой, узнавая время отключения при определённых условиях.
Этот набор проводников и соединений вводит сопротивление или в какой-то мере выступает против прохождения электрического тока, вызывающего потери тепла. Также обратите внимание на массовый путь, а также он имеет свою важность и вводит сопротивление цепи.
Ток повреждения, или, по соглашению, ток, циркулирующий в проводниках в случае короткого замыкания, очень близок к аккумулятору, но уменьшается при его удалении от него из-за сопротивления, создаваемого вышеуказанными элементами. Обратите внимание, что любой электрический элемент представляет сопротивление, хотя и небольшое.
Расчёт Iвс согласно ПУЭ 5.3.56.
Отношение пускового тока Iп.эд. к Iвс не должно превышать 2,5, иначе предохранитель не выдержит стартовых перегрузок. Этот коэффициент принимается для двигателей с лёгким запуском, а для тяжёлых условий (частые запуски, большое время разгона) применяется отношение 2,0-1,6.
То есть,
При определении размеров схемы большое внимание уделяется поддержанию таких сопротивлений как можно более низким, чтобы избежать ненужных потерь энергии и чрезмерного падения напряжения, что может привести к неисправности или низкой эффективности пользователя. Помимо проблем с напряжением, необходимо также проверить, что ток короткого замыкания в цепи в коротком замыкании является достаточным для обеспечения функционирования защитных устройств.
Анализируя эту концепцию с другой точки зрения, можно утверждать, что в случае очень низких токов отказа предохранитель может не вмешиваться своевременно и ущемлять пользователя в неприятности, часто ухудшая ситуацию. Причиной такого поведения является изучение технологии плавкого строительства. Предохранитель по существу состоит из калиброванного проводника, способного выдерживать постоянный проход определенного тока. Если ток увеличится, предохранитель нагреется, так как секция откалиброванного проводника не сможет передать больший поток.
Ток запуска электродвигателя указывается в его паспорте, а также на самом корпусе. Допустим, Iп.эд = 60А. Для того чтобы предохранитель выдержал этот ток и исправно защищал от короткого замыкания и длительных перегрузок, по вышеприведённой формуле нужно рассчитать Iвс=60/2,5=24А. Выбираем ближайшее значение из серии ППН – 25А.
По мере повышения температуры температура размягчения или плавления металла составляет. плавкий предохранитель и то же самое прерывается отключением цепи. Прерывание может происходить при деформации металла, который отсоединяется от одной из двух опорных точек или для его фактического разрушения.
Поскольку предохранители также генерируют электрическое сопротивление и, следовательно, генерируют тепло, производитель стремится к лучшему компромиссу между низкой теплоотдачей и высокой производительностью. Несмотря на это, очень трудно получить хорошую производительность при низких сверхтоках. Большая перегрузка по току, т.е. короткое замыкание, создает «высокую перегрев на предохранителе, разрушая его в течение нескольких миллисекунд». Перегрев низкого заряда сильно нагревает предохранитель, что приводит к разрушению даже через несколько часов.
Таблица выбора некоторых типов предохранителей
Смотрим на время токовую характеристику, где видно, что время отключения при 60А находится в пределах 10-20с., чего вполне хватает для набора оборотов двигателем.
Допустим у Вас несколько электродвигателей и вам необходимо защитить линию, для этого необходимо:
То же самое произошло после более чем часа с момента перегрузки. Если бы текущий был спровоцирован перегруженным электродвигателем, то это было бы лучше для жизни задолго до часа, и предохранитель остался бы нетронутым, может быть, немного деформирован, но все еще способен функционировать! В случае короткого замыкания это практически не имеет значения. Выбор предохранителя для защиты электрической цепи должен быть адекватно взвешен. Давайте посмотрим, какие аспекты вы должны учитывать, сделав шаг назад.
Прежде чем говорить о защите и даже перед рассмотрением проводников, необходимо оценить характеристики нагрузки, которую необходимо подавать. И прежде всего, необходимо проверить мощность пользователя для подачи. Осторожно: мощность, о которой мы говорим, - это не мощность, производимая оборудованием, а мощность, потребляемая линией электропередачи. Выходная мощность всегда ниже потребляемой мощности, так как вступает в игру другой параметр: производительность пользователя. Выход может быть выражен как коэффициент или процент.
где — — сумма всех токов одновременно работающих электродвигателей, равна расчетному току в линии;
— пусковой ток эл. двигателя самой большой мощности;
— ток расчетный самой большой мощности из числа работающих эл. двигателей.
После расчета необходимо соблюдать это условие:
Временный предохранитель («жучок»)
Ещё одно замечательное средство плавких предохранителей – возможность его ремонта с помощью подручных средств, но только для временной замены, произведя расчет по сложным формулам, или выбрав диаметр проводника из таблицы:
Таблица для выбора временных плавких вставок
Измерять толщину проволоки нужно микрометром или штангенциркулем. При отсутствии таковых, можно намотать проволоку на карандаш, измерить длину намотки, поделив её на количество витков получить приблизительный её диаметр.
В наше время все большей популярностью пользуются автоматические выключатели (АВ) как иностранных так и отечественных производителей, это в первую очередь связано с тем, что у АВ отсутствуют недостатки предохранителей. Но не смотря на все свои недостатки, предохранители все еще активно используются, так как это наиболее дешевый вариант защиты присоединения.
Например у нас на предприятии, если заказчик не возражает, для защиты двигателей мощностью до 100 кВт, применяются разъединитель-предохранитель, учитывая что короткое замыкание не такое частое явление, предохранитель – это очень хорошее решения для защиты присоединения.
В связи с этим, в этой статье я расскажу как нужно правильно выбирать предохранители с плавкими вставками в соответствии с ПУЭ и другой справочной литературой, чтобы Ваши предохранители срабатывали только при ненормальных режимах работы электроприемников.
При выборе предохранителя, должны выполняться условия:
Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать напряжению сети:
Uном = Uном.сети (1)
Номинальный ток отключения предохранителя должен быть не меньше максимального тока к.з. в месте установки:
Iном.откл > Iмакс.кз (2)
Условия выбора плавких вставок:
Ток плавкой вставки должен быть больше максимального тока защищаемого присоединения:
Iн.вс. > Iраб.макс. (3)
При защите одиночного асинхронного двигателя, выбирается ток плавкой вставки с учетом пуска двигателя:
Iн.вс. > Iпуск.дв/k (4)
где: k – коэффициент, принимается равным 2,5 согласно [Л1. с. 124,125], что соответствует ПУЭ пункт 5.3.56, для электродвигателей с короткозамкнутым ротором при небольшой частоте включений и легких условиях пуска (tп=2-2,5 сек.). Обычно данный коэффициент принимается для двигателей вентиляторов, насосов, главных приводов металлорежущих станков и механизмов с аналогичным режимом работы.
Для двигателей с тяжелыми условия пуска (tп > 10-20 сек.), например для двигателей мешалок, дробилок, центрифуг, шаровых мельниц и т.п. А также для двигателей с большой частотой включений, т.е. для двигателей кранов и других механизмов повторно-кратковременного режима, коэффициент k принимается равным 1,6 – 2.
Для двигателей с фазным ротором коэффициент k принимается равным 0,8 – 1.
При выборе тока плавкой вставке по условию (4), следует учитывать, что с течением времени защитные свойства вставки ухудшаются, из-за этого есть вероятность ложных сгораний плавкой вставке при пусках двигателей. В результате двигатель может вообще не запуститься, либо работать на 2-х фазах, что приводит к перегреву двигателя.
И если не предусмотрена защита от перегрузки, двигатель может выйти из строя.
Решением данной проблемы, является выбор большего тока плавкой вставки, чем по условию (4), если это допустимо по чувствительности к токам КЗ.
При защите сборки, ток плавкой вставки выбирают по трем условиям:
По наибольшему длительному току:
При полной нагрузке сборки и пуске наиболее мощного двигателя:
При самозапуске двигателей:
Где:
k – коэффициент, учитывающий условия пуска двигателя;
Сумма максимальных рабочих токов электроприемников, кроме двигателя с наибольшим пусковым током Iпуск.макс.;
Для проверки надежного срабатывания предохранителя в конце защищаемой линии, нужно выполнить на кратность тока кз и учитывать время отключения.
В справочной литературе, Вы можете встретить такое утверждение, что для надежного и быстрого перегорания плавкой вставки, требуется чтобы при КЗ в конце защищаемой линии обеспечивалась необходимая кратность тока короткого замыкания, т.е отношение тока короткого замыкания Iкз к номинальному току плавкой вставки Iн.вс.
Данное условие было взято, еще со старого ПУЭ образца 1986 г пункт 1.7.79 (для невзрывоопасной среды: kкз = Iкз/Iн.вс (kкз >3), данный пункт в ПУЭ 7-издания был изменен, и теперь нужно учитывать время отключения в системе TN, согласно таблицы 1.7.1.
Для взрывоопасной среды, согласно ПУЭ 7-издание пункт 7.3.139, должно выполнятся условие кратности тока кз: kкз = Iкз/Iн.вс (kкз >4). Данный пункт остался без изменения, если сравнивать с ПУЭ 1986 г, что весьма странно, если учитывать что изменился пункт 1.7.79.
Если Вам неизвестны значения пусковых токов двигателя, то в порядке исключений, можно выбрать номинальные токи плавких вставок для двигателей мощность до 100 кВт и частотой пусков не более 10-15 в час следующим образом [Л2. с. 15]:
- при Uн.сети = 500 В Iн.вс = 4,5*Рн;
- при Uн.сети = 380 В Iн.вс = 6*Рн;
- при Uн.сети = 220 В Iн.вс = 10,5*Рн.
После того как Вы выбрали предохранитель, нужно выполнить проверку селективности (избирательности) последовательно включенных между собой предохранителей с учетом защитных характеристик.
Это означает, что при коротком замыкании должна перегореть только та плавка вставка и того предохранителя, который находиться ближе всего к месту повреждения. Как показывает практика, для обеспечения селективности между двумя последовательно включенными предохранителями. Нужно чтобы предохранители между собой отличались на две ступени по шкале номинальных токов. При этом вставки, должны иметь одинаковые защитные характеристики, поэтому нужно выбирать предохранители одного типа.
Вот в принципе и все, что Вам нужно знать про выбор плавких предохранителей, если данной информации Вам не достаточно, рекомендую ознакомится с литературой, которую я использовал при написании данной статьи. В следующей статье, я приведу примеры выбора плавких предохранителей для различных электроприемников.
Литература:
1. А.В. Беляев. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988 г. Выпуск 617.
2. Е.Н. Зимин. Защита асинхронных двигателей до 500 В. 1967 г.
3. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.